DE2655602C2

DE2655602C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Blöcken

Info

Publication number: DE2655602C2
Application number: DE2655602A
Authority: DE
Inventors: Gert Dipl.-Ing. Dr. Kapfenberg Kühnelt
Original assignee: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) WIEN AT NIEDERLASSUNG VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) VERKAUFSNIEDERLASSUNG BUEDERICH 4005 MEERBUSCH DE
Current assignee: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) WIEN AT NIEDERLASSUNG VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) VERKAUFSNIEDERLASSUNG BUEDERICH 4005 MEERBUSCH DE
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE2655602B1; SE7711805L; JPS5373425A; BE861354A; LU78646A1; IN147316B; AT375849B; ZA777166B; SE421594B; US4284123A; AU513219B2; ATA783277A; YU288377A; BR7708137A; FR2373342A1; AU3094377A; GB1596412A; YU39256B; JPS6211945B2; US4157110A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Blockkopfbeheizung beim Gießen von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen mit einer den flüssigen Stahl aufnehmenden Kokille, mit einem auf der Kokille angebrachten Aufsatz, der mit gekühlten Seitenwänden eine den flüssigen Stahl nach oben abdeckende Schlackenschicht seitlich umschließt, mit seinem unteren gekühlten Bereich in die Kokille hineinragt und damit im Betrieb unter Kühlung in die obere, an die Schlackenschicht angrenzende Randzone des flüssigen Stahles eintaucht, und mit einer der Schlackenschicht Energie zuführenden Einrichtung.

Aus der DE-AS 22 50 710 ist eine Vorrichtung zur Blockkopfbeheizung dieser Art bekannt. Es soll hierbei unter Vakuum gearbeitet werden, wobei eine entsprechende Kokille in einem evakuierbaren Rezipient angeordnet ist. Dem in die Kokille eingebrachten flüssigen Stahl wird während des Erstarrens Energie z. B. über Plasmabrenner, Elektronenstrahlkanonen bzw. über eine abschmelzende Elektrode zugeführt. Im letzteren Fall befindet sich auf der Stahlschmelze eine Schlacke, die durch Widerstandserhitzung erwärmt wird. Auf der Kokille befindet sich ein gekühlter Aufsatz, der mit seinem unteren Bereich in die obere Randzone des flüssigen Stahles eintaucht. Während der Erstarrung des Stahles und der Abkühlung der erstarrten Außenschale kommt es zu einem Schrumpfen des Blockes, wobei sich der Blockdurchmesser verringert. Dadurch bildet sich zwischen der Wand der Kokille und der bereits erstarrten festen Schale des Blockes ein Spalt, in den die flüssige Schlacke aus dem Aufsatz einfließt. Als Folge davon verringert sich die Höhe des im Aufsatz zurückbleibenden Schlackenbades und somit der für die Freisetzung von Joulescher

ίο Wärme verfügbare elektrische Widerstand; es wird weniger Joulesche Wärme entwickelt, und es kann zu einem unruhigen Verfahrensablauf oder zu einem Verfahrensabbruch kommen, was zu einer Lunkerbildung im Blockkopf und 7u einer Blockseigerung führt.

In der DE-OS 22 52 771 wird eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen beschrieben, wobei ein Ausrinnen der Schlacke beim Umschmelzvorgang durch eine entsprechende Ausbildung der Kokille verhindert werden soll. Beim Abbruch des Verfahrens wird ein Abrinnen der Schlacke durch den zwischen Kokille und erstarrenden Block sich bildenden Spalt durch einen in die Schlacke eintauchenden Tauchkühler von hohizyiindrischer Form verhindert. An diesem Tauchkühler soll die Schlacke während des Rinnens zum Spalt zum Erstarren gebracht werden. Eine derartige Einrichtung erfordert allerdings das Abdichten eines verhältnismäßig breiten Spaltes zwischen der Kühlfläche und dem erstarrenden Block.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei da dieser Spalt während des gesamten Erstarrungsvorganges so eng wie möglich gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aufsatz eine Kühlfläche in der Form eines Kegelstumpfmantels aufweist, der in bezug auf den Kokillenumfang von außen schräg abwärts in das Kokilleninnere hinein verlaufend angeordnet ist.

Damit wird die angegebene Aufgabe gelöst und erreicht, daß die Verringerung des Durchmessers des Blockes bzw. seine Verkürzung in vertikaler Richtung keinen störenden Spalt zwischen Kokillenaufsatz und erstarrendem Block entstehen läßt.

Ist der Aufsatz mittels lösbarer, vorteilhaft als Schraubkurbeln ausgebildeter. Verbindungsmittel am Kokillenrand befestigt, so kann, sobald die Blockschale des erstarrenden Blockes genügend stark ist, diese Verbindung gelöst werden, worauf der Aufsatz von der Blockschale getragsn wird, so daß ein Spalt besonders zuverlässig vermieden wird.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß am Aufsatz Verankerungsglieder wie Zuganker od. dgl. befestigt sind, deren vorzugsweise hammerkopfförmig ausgebildetes Ende unter den Stahlspiegel in der Kokille reicht, wobei nach Erstarren der Blockschale und Lösen der Verbindungsmittel der Aufsatz von der Blockschale getragen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen die F i g. I bis 3 verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung jeweils im vertikalen Schnitt.

In Fig. 1 ist eine Kokille 2 dargestellt, auf deren oberer öffnung ein wassergekühlter Aufsatz 3 aufgesetzt ist. In der Kokille befindet sich flüssiger Stahl 4, welcher nach Aufsetzen des gekühlten Aufsatzes 3 bis zum Spiegel 5, der im Bereich der gekühlten Innenwände des Aufsatzes 3 liegt, nachgegossen wird.

Dann wird vorbereitete flüssige Schlacke 7 in den Aufsatz eingebracht und eine Elektrode 8 in dieselbe eingetaucht.

Der Aufsatz 3 weist einen nach unten reichenden ringförmigen Fortsatz 11 auf, welcher nach Füllen der Kokille mit Stahl unter den Stahlspiegel reicht. Dieser ringförmige Fortsatz ist konisch ausgebildet. Die Kegelfläche 12 des Ringes 51 schließt gegenüber der Vertikalen einen Winkel oc ein, der sich aus der Blockhöhe und dem oberen Blockdurchmesser ergibt. Der Tiingen· dieses Winkels λ beträgt mindestens

; wubei

H die Blockhöhe bedeuten.

Zunächst erfolgt die Abkühlung der Schmelze längs der Linie A-C. Durch die Schrumpfung während der Blockerstarrung ändert die äußere Zone des Blockkopfes ihre Lage. Der Punkt C verlagert sich nach vollständigem Festwerden schräg nach unten bis C. Bei der Erstarrung wandert die äußere Kopfzone des Blockes, die durch den Punkt C veranschaulicht ist, immer nahe der Regelfläche des gekühlten Aufsatzes, d. h. zwischen der sich verkleinernden Blockscnale und der Kegelfläche 12, so daß kein breiter werdender Spalt entsteht. In den schmalen Spalt 13 fließt Schlacke ein, erstarrt und bildet einen Dichtungspfropfen 10.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist auf die obere Öffnung der Kokille ein gekühlter Aufsatz 14 gesetzt, bei dem wieder ein nach unten ragender ringförmiger Fortsatz 15 vorgesehen ist, der nach Füllen der Kokille unter den Stahlspiegel reicht. Bei dieser Ausführungsform wird der Aufsatz mittels lösbarer Verbindungen, die als Schraubkurbeln 16 ausgebildet sein können, am Kokillenrand befestigt.

Der in F i g. 2 dargestellte Aufsatz 14 kann auch nach dem Eingießen des flüssigen Stahles in die Kokille 2 mittels einer Einrichtung bis zum Eintauchen in den flüssigen Stahl abgesenkt und gehalten werden.

Sobald die Blockschale 17 genügend stark ist, werden die Schraubkurbeln 16 gelöst, so daß der Aufsatz 14 von der Blockschale selbst getragen wird und dadurch automatisch die Höhenverminderung des erstarrenden Blockes beim Schrumpfen mitmacht. Dadurch ist gegebenenfalls nur die Bildung eines geringen Spaltes zwischen Gußblock und Aufsatz möglich, wobei auch eine Anpressung desselben durch Gewichte oder Vorrichtungen erfolgen kann.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 wird ebenfalls ein Aufsatz 14 verwendet, der mit lösbaren VerDindungsmitteln 16 an der Kokille 2 befestigt ist oder von einer Einrichtung gehalten wird und der einen ringförmigen Fortsatz 15 aufweist, der nach Füllen der Kokille 2 oder Absenken des Aufsatzes 14 unter den Stahlspiegel reicht. Bei dieser Ausführungsform ist der Aufsatz 14 mit gelenkigen Zugankern 18 verbunden, deren unterer Teil hammerkopfförmig ausgebildet ist. Dieser Teil reicht bis unter den Stahlspiegel und wird, sobald die Blockschale 17 erstarrt ist, in dieser verankert. Dann werden die Verbindungsmittel 16 gelöst. Der gekühlte Aufsatz 14 wird somit von der Bloeksehale 17 getragen und macht die Verlagerungen des Blockkopfes beim Schwinden mit. Die Dichtung wird auch bei dieser Ausführungsform in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 gebildet.

Die Arbeitsweise mit den in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen wird in den folgenden Beisoielen erläutert.

den Durchmesser der Kokille und

Beispiel 1

Mit der in F i g. 1 dargestellten V.i; richtung v/urde ein 4 2 ;-B!ock erzeugt. Die ringförmige Kegelfläche de;. Fortsaues Statte zur vertikalen Blockachse eine Ν' igung λ von etwa 22°. Der obere Durchmesser der Polygonalkokille betrug maximal I960 mm und minimal 1725 mm; die Höhe 2400 mm. In Schlackenbadhßke hatte der gekühlte Aufsatz einen Durchmesser von 1360 mm; die Gesamthöhe betrug 800 mm. Der Block wurde aus entgastem Stahi steigend so hoch in die Kokille gegossen, daß die gesamte Kokille gefüllt war und die ringförmige Kegelfläche des Fortsatzes in den flüssigen Stahl hineinragte. Schlacke wurde in den gekühlten Aufsatz eingebracht und mittels einer Elektrode und Energiezufuhr auf einer Temperatur über dem Liquiduspunkt des Stahlbades gehalten. Der Heizprozeß wurde 23 Stunden lang aufrechterhalten; anschließend wurde die Schlacke ausgebracht und der gekühlte Aufsatz abgehoben. Es zeigte sich, daß der obere Blockrand (Punkt C in Fig. 1 )'·.>' mm gegenüber der Kokillenhöhe abnahm und daß der "Durchmesser sich um 68 mm vermindert hatte. Es wurde kein Eintritt der Schlacke in den Spalt zwischen Kokille und Bloeksehale beobachtet.

Beispiel 2

Auf eine Kokille wurde ein gekühlter Aufsatz, wie in F i g. 2 dargestellt, aufgesetzt. Der Durchmesser des gekühlten Aufsatzes betrug in Schlackenbadhöhe 1300 mm. die Gesamthöhe des Aufsatzes betrug 800 mm. Die für die Herstellung von Blöcken mit 43 t ausreichende Kokille war polygonal gestaltet. Sie wies am oberen Ende einen maximalen Durchmesser von 1960 mm und einen minimalen Durchmesser von 1725 mm auf. Die Aufstellung erfolgte mit dem größeren Durchmesser nach oben. Die Gesamthöhe der Kokille betrug 2400 mm. Der Stahl wurde eingegessen, bis der Stahlspiegel die gesamte, der Bodenplatte zugewendete schräge Fläche des Aufsatzes berührte. In den gekühlten Aufsatz wurde Schlacke eingebracht und der Schlacke elektrische Energie während 23 Stunden zugeführt. Nach 45 Minuten wurde die Verbindung Aufsatz-Kokille gelöst, so daß der gekühlte Aufsatz von der erstarrten Bloeksehale allein getragen wurde. Während der Erstarrung nahm der Block gegenüber der Kokille um 83 mm ab; ein Eintritt von Schlacke zwischen Kokille und Bloeksehale fand nicht statt.

Beispiel 3

Auf einer Kokille für den Abguß von 85-t-Blöcken wurde, «vie in Fig. 3 dargestellt, ein Aufsatz befestigt, welcher zur Verbindung mit dem Block lösbare bewegliche Teile aufwies, die an ihrem unteren Ende hammerkopfähnlich gestaltet waren. Der maximale Durchmesser der polygonalen Kokille am oberen Ende betrug 2350 mm und der minimale Durchmesser 2100 mm. Die Füllhohe der Kokille war 2800 mm. Der Durchmesser des gekühlten Aufsatzes betrug in Höhe des Schlackenspiegels 1420 mm; die gesamte Hölle des Aufsatzes war 900 mm. Der Block wurde aus einer entgasten Schmelze bis zu jener Höhe gegossen, die ein vollkommene himai'chen der gegen die Basi^p'üttc gerichteten, schräg nach unten weisenden Fläche des Aufsatzes gewährleistete. Dabei tauchten auch uic hammerko^fförmigen Teile etwa 60 mm in das Stahlbad

ein. Nach dem Gießen des Blockes wurde Schlacke in den gekühlten Aufsat/ eingebracht und die Schlacke durch Zufuhr von elektrischer Energie auf Temperaturen über dem Liquiduspunkt des Stahles gehalten. Die Elektrode wies eine Länge von 2500 mm auf; es mußte ein Elektrodenwechsel vorgenommen werden. Nach einer Zeit von 60 Minuten nach Ende des Blockgusses wurden die Verbindungen, welche den gekühlten Aufsatz auf der Kokille abstützten, gelöst, so daß der Aufsatz allein von der mittlerweile entstandenen Blockschalc getragen wurde. Mittels Zuganker wurde zwischen den in den Block eingegossenen hammerkopf· förmigcn Teilen und dem Kokillenaufsatz eine Zugkraf von 29 430 N eingestellt. Nach 38stündigcr Behandlung des Blockes unter Energiezufuhr wurde die Elektrode ausgefahren und die Schlacke ausgetragen, llierau wurden die Zuganker gelöst und der gekühlte Aufsatz abgehoben. Bei der Herstellung eines Blockes mit dieser Vorrichtung wurde während der Blockerstarrung eine Durchmesserverminderung von 75 mm und eine Höhenverminderung des Blockes von 94 mm beobachtet ohne daß Schlacke in den Ringspalt zwischen Kokillenwand und Blockschale eindrang.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Blockkopfbeheizung beim Gießen von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen, mit einer den flüssigen Stahl aufnehmenden Kokille, mit einem auf der Kokille angebrachten Aufsatz, der mit gekühlten Seitenwänden eine den flüssigen Stahl nach oben abdeckende Schlackenschicht seitlich umschließt, mit seinem unteren gekühlten Bereich in die Kokille hineinragt und damit im Betrieb unter Kü.hlwirkung in die obere, an die Schlackenschicht angrenzende Randzone des flüssigen Stahls eintaucht, und mit einer der Schlackenschicht Energie zuführenden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (3, 14) eine Kühlfläche (12) in der Form eines Kegelstumpfmantels aufweist, der in bezug auf den Kokillenumfang von außen schräg abwärts in das Kokilleninnere hinein verlaufend angeordnet ist.

2. Vorrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (12) gegenüber der Vertikalen eine Neigung tg ä aufweist, die mindestens—^--beträgt, wobei DkoIc den Innendurchmes-

Ln

ser der Kokille und H die Blockhöhe bedeutet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (14) mittels lösbarer, vorteilhaft als Schraubkurbeln ausgebildeter Verbindungsmittel (16) am Kokillenrand befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Aufsitz (14} Verankerungsglieder, wie Zuganker oder derg'eichen befestigt sind, deren vorzugsweise hammerkopffömig ausgebildetes Ende (19) unter den Stahlspiegel in der Kokille reicht, wobei nach Erstarren der Blockschale und Lösen der Verbindungsmittel (16) der Aufsatz (14) von der Blockschale getragen wird.